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      大蒜提取物降血脂作用及其分子機(jī)制

      2015-01-25 16:20:17田瑞敏宋永硯
      中成藥 2015年4期
      關(guān)鍵詞:烯丙基乙酰大蒜

      田瑞敏, 宋永硯、2

      (1.川北醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院藥理學(xué)教研室,四川 南充637000;2.川北醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教研室,四川南充637000)

      大蒜提取物降血脂作用及其分子機(jī)制

      田瑞敏1, 宋永硯1、2

      (1.川北醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院藥理學(xué)教研室,四川 南充637000;2.川北醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教研室,四川南充637000)

      基礎(chǔ)和臨床研究均顯示大蒜提取物具有降低血脂水平的作用,主要的分子機(jī)制是抑制脂質(zhì)從頭合成途徑中的關(guān)鍵酶及調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝相關(guān)的蛋白因子,如羥甲基戊二酸單酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶、脂肪酸合酶 (FAS)和固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1(SREBP-1)等。

      動(dòng)脈粥樣硬化;高脂血癥;大蒜提取物

      動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis)是嚴(yán)重危害人類健康的多因素疾病,高脂血癥是最主要的危險(xiǎn)因素,占人群歸因危險(xiǎn)度的50%[1]。隨著我國(guó)人群老齡化以及膳食結(jié)構(gòu)的改變,高脂血癥已呈現(xiàn)高發(fā)趨勢(shì)[2]。降低血脂水平,除了調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)體力活動(dòng)、改善生活方式等外,藥物治療仍是最重要的手段。在目前使用的化學(xué)合成類降脂藥物中,存在藥物種類較少,成本較高,有毒副作用等缺點(diǎn)。研究和應(yīng)用天然產(chǎn)物藥物可能是一條潛在的有效途徑。

      大蒜(Allium sativum L.)為百合科蔥屬植物,其鱗莖用于疾病防治已有幾千年的歷史。現(xiàn)今它仍然是我國(guó)中藥寶庫(kù)中的重要成員之一。大量研究表明,大蒜提取物具有降低血漿總膽固醇(total cholesterol,TC)及甘油三酯(triglyceride,TG)水平,預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化的顯著功效[3-4]。

      1 大蒜提取物中的活性成分[5-6]

      大蒜提取物中的活性成分多達(dá)30余種,可分為水溶性和脂溶性兩大類。水溶性組分[5]主要有N-乙酰半胱氨酸、S-烯丙基半胱氨酸、S-乙烷基半胱氨酸、S-丙烷基半胱氨酸、S-甲基半胱氨酸、γ-谷氨酰-S-烯丙基半胱氨酸、γ-谷氨酰-S-甲基半胱氨酸、γ-谷氨酰-S-丙烷基半胱氨酸和烯丙基半胱氨酸亞砜等。脂溶性組分[6]主要有二烯丙基硫代亞磺酸酯(大蒜素,diallyl thiosulfinate)、二烯丙基硫化物、二烯丙基二硫化物、二烯丙基三硫化物、二丙基硫化物、二丙基二硫化物、二丙基三硫化物、烯丙基硫醇和乙烯基二噻英等。

      2 大蒜提取物的降血脂作用

      對(duì)大蒜提取物降血脂作用的研究早在上世紀(jì)40年代就有報(bào)道。隨著歐美國(guó)家心血管病發(fā)病率的逐年攀升以及化學(xué)合成藥物毒副作用的凸顯,對(duì)大蒜等天然藥用植物的研究越來(lái)越多。目前國(guó)際上對(duì)大蒜提取物降血脂的研究十分活躍。下面從細(xì)胞、動(dòng)物和臨床研究三個(gè)層次上歸納近年來(lái)大蒜提取物降血脂作用的研究進(jìn)展。

      2.1 細(xì)胞研究 肝臟是人體脂質(zhì)合成的主要場(chǎng)所,肝細(xì)胞含有豐富的膽固醇及脂肪酸從頭合成酶系。因此,肝細(xì)胞是體外研究大蒜提取物降脂作用的最佳細(xì)胞模型。

      研究表明,大蒜提取物對(duì)肝細(xì)胞膽固醇及脂肪酸從頭合成均有抑制作用[7-10]。Yeh等[7]以培養(yǎng)的大鼠肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,研究大蒜提取物對(duì)肝細(xì)胞脂質(zhì)合成的影響,發(fā)現(xiàn)大蒜提取物對(duì)膽固醇合成的抑制率為37%~64%,脂肪酸合成的抑制率為28%~64%。分離和純化各個(gè)組分進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)水溶性組分和脂溶性組分對(duì)大鼠肝細(xì)胞膽固醇合成均有抑制作用,但水溶性組分的抑制作用更強(qiáng),細(xì)胞耐受性也更好。水溶性組分中,S-烯丙基半胱氨酸、S-乙烷基半胱氨酸和S-丙烷基半胱氨酸對(duì)膽固醇合成的抑制率為40%~60%;GS-烯丙基半胱氨酸、GS-甲基半胱氨酸和GS-丙烷基半胱氨酸對(duì)膽固醇合成的抑制率為20%~35%。脂溶性組分中,二烯丙基硫化物、二烯丙基二硫化物、二烯丙基三硫化物、二丙基硫化物和二丙基三硫化物在低濃度時(shí)(0.05~0.5 mol/L)對(duì)膽固醇合成的抑制率為10%~15%;高濃度時(shí) (1~4 mol/L)出現(xiàn)細(xì)胞毒性[8]。另兩項(xiàng)研究[9-10]中,發(fā)現(xiàn)脂溶性組分大蒜素對(duì)大鼠肝細(xì)胞和人肝細(xì)胞HepG2膽固醇合成均有較強(qiáng)的抑制作用,其在7μmol/L就可顯著抑制膽固醇合成,而二烯丙基二硫化物和烯丙基硫醇要在100μmol/L以上、乙烯基二噻英要在500μmol/L以上才可有效地抑制肝細(xì)胞膽固醇合成。

      2.2 動(dòng)物研究 動(dòng)物水平的研究可以直接為臨床試驗(yàn)提供理論基礎(chǔ)。在大鼠、小鼠和雞等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中,一系列研究結(jié)果[11-19]顯示大蒜提取物具有降低血漿TC、LDL-C及TG的作用。

      大蒜粉 (含總提取物)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的降脂作用。Heidarian等[11]以Wistar雄性大鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,發(fā)現(xiàn)在飼料中添加4%的大蒜粉能顯著降低其血漿TC、TG和低密度脂蛋白膽固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C)的水平。Choi等[12]將大蒜粉以1%、3%和5%的比例添加到肉雞飼料中,干預(yù)五周后,與對(duì)照組比較,隨著大蒜粉濃度的增加,血清TC和LDL-C水平逐漸降低,高密度脂蛋白膽固醇(high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C)水平逐漸升高,其中5%大蒜粉組變化最為顯著。

      水溶性組分對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的降脂作用。Korou等[13]對(duì)C57bl/6雄性小鼠飼以高膽固醇飼料,同時(shí)每日給予230 mg/kg的N-乙酰半胱氨酸劑量進(jìn)行干預(yù)。八周后,與高膽固醇飼料對(duì)照組比較,N-乙酰半胱氨酸組血清TC和LDL-C均顯著降低,提示N-乙酰半胱氨酸有效地抑制了高膽固醇飼料導(dǎo)致的血清膽固醇升高。除N-乙酰半胱氨酸外,S-烯丙基半胱氨酸、S-乙烷基半胱氨酸、S-甲基半胱氨酸和S-丙烷基半胱氨酸等其他水溶性組分對(duì)小鼠脂質(zhì)合成也有抑制作用。Lin等[14]以高飽和脂肪飼料建立Balb/cA小鼠高脂血癥模型,分組給予N-乙酰半胱氨酸、S-烯丙基半胱氨酸、S-乙烷基半胱氨酸、S-甲基半胱氨酸或S-丙烷基半胱氨酸等水溶性大蒜提取物進(jìn)行干預(yù)。四周后,所有干預(yù)組血漿TG水平均顯著低于對(duì)照組,其中N-乙酰半胱氨酸、S-烯丙基半胱氨酸和S-甲基半胱氨酸干預(yù)組血漿TC水平顯著低于對(duì)照組。

      脂溶性組分對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的降脂作用。大蒜素是降脂活性較高的脂溶性組分,將大蒜素以每日80 mg/kg的劑量添加到自發(fā)性高血壓大鼠飼料中,六周后血漿TG水平從(96±25)mg/dL顯著降低至 (71±19)mg/dL[15];將大蒜素以20mg/(kg)的劑量每日給動(dòng)脈粥樣硬化模型小鼠灌胃,12周后血清LDL-C較對(duì)照組顯著降低[16]。

      高溫處理可能會(huì)破壞大蒜提取物的生物活性。Thomson等[17]將大蒜提取液煮沸10 min后,給予SD雌性大鼠灌胃或腹腔注射干預(yù)。四周后與對(duì)照組比較,未煮沸組在低劑量(50mg/kg)和高劑量(500 mg/kg)均顯著地降低了TC和TG的血清水平,而煮沸組僅在高劑量 (500 mg/kg)時(shí)血清TC和TG水平顯著降低,且降低幅度較未煮沸組減小,說(shuō)明高溫處理對(duì)大蒜提取物的生物活性有一定的破壞作用。但在其他兩項(xiàng)研究[18-19]中,并沒(méi)有觀察到高溫處理后大蒜提取物的降脂活性受到影響。因此,高溫處理是否確實(shí)影響大蒜提取物的降脂活性有待進(jìn)一步研究。

      2.3 臨床研究 以高脂血癥患者為研究對(duì)象的臨床試驗(yàn),可以為大蒜提取物應(yīng)用于臨床提供更為直接的依據(jù)。自上世紀(jì)80年代以來(lái),一系列臨床研究表明大蒜提取物及制劑具有顯著的降血脂作用[20-31]。Mahmoodi等[23]用生蒜以10 g/d的劑量對(duì)30例高膽固醇血癥患者 (TC≥245 mg/dL)進(jìn)行干預(yù)性治療6周,血漿TC和TG顯著降低,HDL-C顯著升高。停止干預(yù)6周后,所有指標(biāo)再次升高到基線值水平。Jain等[24]用大蒜粉以900 mg/d的劑量對(duì)42例高膽固醇血癥患者(TC≥220 mg/dL)進(jìn)行干預(yù)性治療,12周后血清TC顯著降低5.7%,LDL-C顯著降低11.0%。Kojuri等[25]用大蒜粉以800mg/d的劑量對(duì)150例高脂血癥患者(TC≥200 mg/dL)進(jìn)行干預(yù)性治療,6周后血清TC顯著降低12.1%,LDL-C顯著降低17.3%,HDL-C顯著升高15.7%,TG降低6.3%。

      Allicor是大蒜粉類藥物緩釋片。Sobenin等[26]用Allicor以600 mg/d的劑量對(duì)42例血漿膽固醇水平輕度升高的男性患者(TC≥5.8 mmol/L)進(jìn)行干預(yù)性治療,12周后血清TC顯著降低7.6%,LDL-C顯著降低11.8%,HDL-C顯著升高11.5%。Sobenin等[27]用Allicor以300 mg/d的劑量對(duì)51例冠心病患者 (TC≥200 mg/dL)進(jìn)行干預(yù)性治療,12個(gè)月后血清TC顯著性降低12.4%,LDL-C顯著性降低16.3%,TG水平降低11.8%。

      魚油可降低血漿TG水平,但同時(shí)會(huì)升高LDL-C水平[28]。Jeyaraj等[29]在對(duì)16例高膽固醇血癥患者 (TC≥220 mg/dL)進(jìn)行600 mg/d魚油干預(yù)治療的同時(shí)給予500 mg/d的大蒜油,2個(gè)月后干預(yù)組較對(duì)照組血清TC降低20%,LDL降低21%,TG降低37%,VLDL降低36.7%,而HDL升高5.1%。Morcos等[30]在對(duì)40例高膽固醇血癥患者(TC>200 mg/dL)進(jìn)行1 800 mg/d魚油干預(yù)治療的同時(shí)給予1 200 mg/d的大蒜粉,1個(gè)月后TC顯著降低11%,TG顯著降低34%,LDL-C顯著降低10%,HDL-C無(wú)顯著變化。雖然魚油和大蒜粉結(jié)合使用可同時(shí)降低血漿TC和TG水平,但各自在其中所發(fā)揮的作用不甚清楚。Adler等[31]將50例血漿膽固醇輕度升高的男性患者隨機(jī)分成對(duì)照組、大蒜粉組 (900 mg/d)、魚油組 (12 g/d)、大蒜粉 (900 mg/d)+魚油 (12 g/d)組。12周后大蒜粉組血清TC顯著降低11.5%,LDL-C顯著降低14.2%,TG沒(méi)有明顯變化;魚油組血清TG顯著降低37.3%,TC沒(méi)有明顯變化,LDL-C顯著升高8.5%;大蒜粉+魚油組血清TC顯著降低12.2%,LDL-C顯著降低9.5%,TG顯著降低34.3%。結(jié)果提示,大蒜粉可顯著降低血漿TC和LDL-C水平,魚油可顯著降低血漿TG水平,組合使用可同時(shí)降低血漿膽固醇和甘油三酯水平。

      3 大蒜提取物降血脂的分子機(jī)制

      近年來(lái)世界各國(guó)對(duì)大蒜提取物降血脂的生化機(jī)制進(jìn)行了一系列探索,相關(guān)研究集中報(bào)道了提取物對(duì)膽固醇及脂肪酸從頭合成途徑中關(guān)鍵酶的抑制作用及調(diào)控機(jī)制。

      3.1 對(duì)膽固醇合成關(guān)鍵酶的調(diào)控 羥甲基戊二酸單酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶是膽固醇從頭合成途徑中的限速酶,與高膽固醇血癥的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。一系列研究顯示大蒜提取物通過(guò)抑制HMG-CoA還原酶的活性及基因表達(dá)而減少膽固醇的合成[9-10,32-33]。Gebhardt等[9]發(fā)現(xiàn)大蒜提取物對(duì)大鼠肝細(xì)胞HMG-CoA還原酶活性有抑制作用,不同組分的抑制強(qiáng)度不同,其中大蒜素的抑制作用最強(qiáng),10μmol/L的濃度就可顯著抑制HMG-CoA還原酶的活性。另有研究報(bào)道在人肝細(xì)胞HepG2中,僅7μmol/L的大蒜素就可顯著抑制HMG-CoA還原酶的活性[10]。Liu等[32]研究發(fā)現(xiàn)S-烯丙基半胱氨酸通過(guò)改變大鼠肝細(xì)胞HMG-CoA還原酶的磷酸化修飾狀態(tài)而影響其活性,其基因表達(dá)水平?jīng)]有發(fā)生變化。然而,Lin等[33]發(fā)現(xiàn)N-乙酰半胱氨酸、S-乙烷基半胱氨酸和S-丙烷基半胱氨酸不僅使小鼠肝HMG-CoA還原酶的酶活性顯著降低,其基因表達(dá)水平也顯著降低,這種差異可能來(lái)自于實(shí)驗(yàn)對(duì)象的不同及提取物組分的不同。

      3.2 對(duì)脂肪酸合成關(guān)鍵酶的調(diào)控 脂肪酸合酶 (FAS)是體內(nèi)從頭合成脂肪酸的多功能酶,包含6種酶活性和一個(gè)酰基載體蛋白 (ACP)。乙酰輔酶A羧化酶(ACC)是另一個(gè)調(diào)節(jié)脂肪酸從頭合成的限速酶,其功能是將乙酰輔酶A羧化成丙二酰輔酶A,然后進(jìn)入脂肪酸合成途徑。對(duì)脂肪酸合酶和乙酰輔酶A羧化酶的調(diào)控會(huì)直接影響到肝臟脂肪酸的合成速率及血漿TG水平。研究表面,大蒜提取物能抑制脂肪酸合酶和乙酰輔酶A羧化酶的酶活性及表達(dá)水平[14,33-36]。

      小鼠攝入高脂膳食后其脂肪酸合酶mRNA轉(zhuǎn)錄水平顯著增強(qiáng),但給予N-乙酰半胱氨酸、S-烯丙基半胱氨酸、S-乙烷基半胱氨酸、S-甲基半胱氨酸和S-丙烷基半胱氨酸干預(yù)后脂肪酸合酶mRNA轉(zhuǎn)錄活性較非干預(yù)組顯著降低[14,33]。其調(diào)控機(jī)制涉及到固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白 1(SREBP-1),有研究表明S-烯丙基半胱氨酸通過(guò)下調(diào)SREBP-1而下調(diào)其下游基因脂肪酸合酶基因的表達(dá)水平[34]。大蒜提取物不僅調(diào)控脂肪酸合酶的表達(dá),也直接抑制其酶活性[35-36]。Liu等[36]研究發(fā)現(xiàn)4.0 mmol/L的S-烯丙基半胱氨酸和S-丙烷基半胱氨酸對(duì)大鼠肝細(xì)胞脂肪酸合酶的抑制率分別是32%和27%。大蒜提取物對(duì)乙酰輔酶A羧化酶也有抑制作用。Hwang等[34]發(fā)現(xiàn)S-烯丙基半胱氨酸能增強(qiáng)乙酰輔酶A羧化酶的磷酸化修飾而降低其酶活性,還通過(guò)下調(diào)固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1(SREBP-1)而下調(diào)其基因表達(dá)水平。

      3.3 對(duì)其它脂代謝相關(guān)蛋白因子的調(diào)控 研究表面,大蒜提取物除了對(duì)HMG-CoA還原酶、脂肪酸合酶和乙酰輔酶A羧化酶有調(diào)節(jié)作用外,對(duì)其它參與脂代謝的相關(guān)酶和蛋白質(zhì)因子也有調(diào)節(jié)作用。羊毛甾醇14α-去甲基化酶 (lanosterol14α-demethylase)是膽固醇合成途徑中第三階段的一個(gè)重要酶。Gebhardt等[9-10]發(fā)現(xiàn)大蒜素等大蒜提取物除了抑制HMG-CoA還原酶外,還抑制羊毛甾醇14α-去甲基化酶的活性。細(xì)胞漿6-磷酸葡萄糖脫氫酶和蘋果酸酶分別催化6-磷酸葡萄糖和蘋果酸脫氫生成NADPH,NADPH是脂肪酸及膽固醇從頭合成的重要原料。6-磷酸葡萄糖脫氫酶和蘋果酸酶表達(dá)活性降低可抑制脂質(zhì)生成。Lin等[33,35]研究發(fā)現(xiàn)S-乙烷基半胱氨酸等大蒜提取物可顯著抑制小鼠6-磷酸葡萄糖脫氫酶和蘋果酸酶的mRNA轉(zhuǎn)錄水平及酶活性。血清卵磷脂膽固醇脂?;D(zhuǎn)移酶 (LCAT)催化游離膽固醇酯化,促進(jìn)高密度脂蛋白 (HDL)的成熟和膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運(yùn);脂蛋白酯酶 (LPL)是血漿中催化富含甘油三酯脂蛋白酯解的主要酶;肝脂酶 (HL)促進(jìn)肝臟攝取和清除富含甘油三酯脂蛋白殘粒,這些酶蛋白活性增強(qiáng)會(huì)促進(jìn)脂質(zhì)的代謝和轉(zhuǎn)變,降低血脂水平。張庭廷等[37]研究發(fā)現(xiàn)大蒜素可增強(qiáng)血清LCAT、LPL和HL的活性,從而降低血漿TG和TC水平。

      4 結(jié)語(yǔ)

      隨著大量的細(xì)胞、動(dòng)物及臨床研究的深入,大蒜提取物有可能成為新一代療效好、持續(xù)穩(wěn)定、無(wú)毒副作用的降脂藥物。但是還有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步探索,比如大蒜提取物各組分的分離純化和理化性質(zhì)研究,各組分的臨床試驗(yàn)以及體內(nèi)的毒副作用、藥代動(dòng)力學(xué)研究等。亦有相關(guān)臨床報(bào)道并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大蒜提取物具有降脂活性[38-41]。因此,還需要多學(xué)科的通力合作以開(kāi)發(fā)出新一代的大蒜源降脂藥物。

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      R285.5

      A

      1001-1528(2015)04-0850-04

      10.3969/j.issn.1001-1528.2015.04.035

      2014-04-17

      四川省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃 (2013JY0072);四川省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目資助 (12ZA232)

      田瑞敏(1987—),女,助教,研究方向?yàn)榉肿铀幚韺W(xué)。Tel:15082786213,E-mail:truimin@126.com

      *通信作者:宋永硯(1979—),男,副教授,研究方向?yàn)楦哐c動(dòng)脈粥樣硬化。E-mail:songyongy@gmail.com

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